Peptydowe hydrożele pomogą regenerować mięśnie? Kolejne sukcesy polskich naukowczyń
Peptydowe hydrożele pomagają w regeneracji uszkodzonych mięśni u myszy. Badaczki z UW i UG chcą zrobić kolejny krok w stronę zastosowania ich w medycynie.
Mięśnie same potrafią naprawiać drobne uszkodzenia, które pojawiają się podczas ruchu czy treningu. Ta autoregeneracja ma jednak swoje granice. Poważny uraz, wypadek, wiek albo choroba mogą doprowadzić do sytuacji, w której naturalne możliwości organizmu już nie wystarczą.
Czy można wtedy dostarczyć mięśniom coś w rodzaju rusztowania, na którym łatwiej będzie im się odbudować?
Naukowczynie z Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytetu Gdańskiego pracują właśnie nad takim rozwiązaniem. Opracowały peptydowe hydrożele, które podaje się bezpośrednio w miejsce uszkodzenia. Nowy materiał został już przetestowany na myszach, a wyniki są bardzo obiecującej.
Peptydowe hydrożele do regeneracji mięśni. Na czym polega pomysł?
Sam hydrożel nie jest nowym wynalazkiem medycyny. Takie materiały są badane od lat. Przypominają miękką, nasyconą wodą galaretkę i mogą tworzyć trójwymiarową sieć.
Polskie badaczki wykorzystały hydrożel RADA16-I, a następnie wzbogaciły go odpowiednio zaprojektowanymi peptydami.
– Jeśli spojrzymy na dostępne dane literaturowe, liczba publikacji z wykorzystaniem hydrożeli stale rośnie od około 20 lat. Wykorzystywane biomateriały mogą być pochodzenia naturalnego, syntetyczne, czyli stworzone w laboratorium, mogą być również hybrydowe, czyli stanowić kombinację dwóch pierwszych rodzajów. To, co było innowacyjne z naszej strony, to dołączenie do hydrożelu RADA16-I fragmentu jednego z dwóch wybranych przez nas białek: interleukiny 4 albo SDF1 – mówi dr Anna Ostaszewska z Wydziału Biologii UW w Serwisie Naukowym Uniwersytetu Warszawskiego .
Badaczki wybrały fragmenty SDF1 oraz interleukiny 4, czyli IL4. Oba białka są związane z procesami zachodzącymi podczas odbudowy mięśni, choć każde pełni inną funkcję.
SDF1 i IL4 mają pomóc uszkodzonemu mięśniowi
Interleukina 4 uczestniczy w procesach związanych z łączeniem komórek mięśniowych. W ten sposób powstają miotuby, z których później rozwijają się włókna mięśniowe.
SDF1 odgrywa inną rolę. Jest związany między innymi z przemieszczaniem się komórek w kierunku uszkodzonego miejsca.
Co ciekawe, naukowczynie nie wykorzystały całych białek. Zamiast tego sięgnęły po odpowiednio dobrane fragmenty.
Dlaczego? Po pierwsze, mniejsze cząsteczki są łatwiejsze i tańsze w produkcji. Po drugie, z biologicznego punktu widzenia mogą zmniejszać ryzyko niepożądanej reakcji organizmu.
Pomysł można więc sprowadzić do połączenia dwóch elementów: hydrożel daje uszkodzonej tkance rusztowanie, natomiast dołączone do niego peptydy mają wpływać na procesy potrzebne podczas jej odbudowy.
Hydrożel RADA16-I to jak rusztowanie podane strzykawką
Tu zaczyna się najciekawsza część całego eksperymentu. Peptydowy hydrożel ma konsystencję półpłynnej galaretki. Dzięki temu można podać go strzykawką bezpośrednio do uszkodzonego mięśnia.
Po podaniu materiał wypełnia ubytek i tworzy trójwymiarową strukturę. Można porównać ją do rusztowania postawionego w miejscu, które wymaga naprawy.
To jednak nie wszystko. Hydrożel tworzy środowisko sprzyjające komórkom uczestniczącym w odbudowie tkanki. Może też służyć jako nośnik, za pomocą którego do miejsca urazu dostarczane są dodatkowe komórki lub substancje aktywne.
Takie rozwiązanie jest szczególnie interesujące przy poważnych uszkodzeniach, gdy możliwości samodzielnej regeneracji mięśni są ograniczone.
Rak płuca już nie musi być wyrokiem. Nowoczesne terapie dają nadzieję
Regeneracja mięśni przetestowana na dwóch modelach
Droga do doświadczeń na zwierzętach zaczęła się wcześniej w laboratorium. Najpierw badaczki przeprowadziły eksperymenty in vitro, czyli na komórkach poza żywym organizmem.
Dopiero później przyszedł czas na testy in vivo.
Naukowczynie wykorzystały dwa mysie modele uszkodzenia mięśni. Pierwszy odpowiadał ostremu urazowi. Tego rodzaju uszkodzenia mogą pojawiać się na przykład po kontuzjach czy wypadkach.
Drugi model naśladował przewlekłe uszkodzenia obserwowane w dystrofii mięśniowej Duchenne’a.
To ciężka choroba genetyczna związana z nieprawidłowym działaniem dystrofiny – białka potrzebnego mięśniom podczas ich pracy. Gdy go brakuje, włókna mięśniowe są wielokrotnie uszkadzane. Organizm próbuje je naprawiać, jednak z czasem mięśnie stają się coraz słabsze.
Badany hydrożel nie usuwa genetycznej przyczyny choroby. Badaczki sprawdzały natomiast, czy może korzystnie wpływać na procesy zachodzące w uszkodzonej tkance.
Na co szkodzi sól? To nie tylko nadciśnienie! Polskie badanie dowodzi, że niszczy nerki, kości i mózg, o czym nie wiedzą nawet lekarze.
Myszy na bieżni pokazały, jak działają peptydowe hydrożele
Oglądanie mięśnia pod mikroskopem może powiedzieć naukowcom bardzo dużo. Nie odpowiada jednak na jedno z najważniejszych pytań: czy zwierzę po zastosowaniu badanego materiału będzie sprawniejsze?
Aby to zbadać myszy trafiły na bieżnię.
Okazało się, że w przypadku ostrego urazu oba rodzaje hydrożeli korzystnie wpływały na procesy związane z tworzeniem włókien mięśniowych, naczyń krwionośnych oraz połączeń nerwowo-mięśniowych.
Najciekawszy wynik dotyczący sprawności uzyskano jednak przy hydrożelu z SDF1.
Myszy, którym go podano, biegły dłużej i pokonywały większy dystans w porównaniu ze zwierzętami, które nie otrzymały takiej terapii.
Co więcej, część efektów była silniejsza, gdy razem z hydrożelem podawano komórki mięśniowe otrzymane z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych.
W modelu dystrofii wyniki wyglądały inaczej. Korzystne zmiany na poziomie molekularnym badaczki obserwowały przede wszystkim po zastosowaniu materiału z SDF1.
Czy peptydowe hydrożele będzie można podawać ludziom?
To najważniejsze pytanie, ale na odpowiedź trzeba jeszcze poczekać.
Dobry wynik uzyskany u myszy nie daje gwarancji, że ten sam materiał zadziała identycznie u człowieka. Między eksperymentem na zwierzęciu a terapią dostępną dla pacjenta jest jeszcze wiele etapów.
Dr Anna Ostaszewska wyraźnie na to zwraca uwagę:
– Badania in vivo są pomostem między badaniami w laboratorium, a przejściem do kolejnych faz – produkcyjnych czy wstępnych badań klinicznych. Oczywiście, to nigdy nie jest zero-jedynkowe. Nie ma 100-proc. pewności, że to, co wychodzi w laboratorium, a szczególnie na zwierzęcych modelach, zadziała również u pacjenta. Organizm myszy jest inny niż organizm człowieka – zastrzega badaczka.
Dlatego na tym etapie nie można mówić o gotowym sposobie leczenia ludzi. Można natomiast mówić o biomateriale, który przeszedł ważny etap badań i dał wyniki zachęcające do dalszej pracy.
Szczury śmieją się ultradźwiękami i zarażają emocjami. Prof. Knapska ujawnia tajemnice ich umysłów
Co dalej z hydrożelami do regeneracji mięśni?
Skoro hydrożele z IL4 i SDF1 badano oddzielnie, warto sprawdzić, co wydarzy się po ich połączeniu.
Właśnie nad tym pracują obecnie badaczki. Chcą ustalić, czy mieszanina obu hydrożeli da lepszy efekt niż każdy z nich zastosowany osobno.
Plan na następne lata obejmuje również przygotowanie materiału w standardzie potrzebnym do dalszych testów przedklinicznych. Według obecnych założeń może to potrwać około 2–3 lat.
Dopiero późniejsze doświadczenia pokażą, dokąd zaprowadzi ten pomysł.
Kierunek jest jednak interesujący. Zamiast jedynie czekać, aż uszkodzony mięsień poradzi sobie sam, naukowcy próbują stworzyć mu odpowiednie warunki do naprawy. Peptydowe hydrożele mają być czymś w rodzaju mikroskopijnego rusztowania dostarczanego dokładnie tam, gdzie tkanka najbardziej go potrzebuje.
Jeśli kolejne etapy badań przyniosą dobre wyniki, takie materiały mogą znaleźć zastosowanie w regeneracji mięśni szkieletowych po ciężkich urazach oraz w badaniach nad metodami pomagającymi pacjentom z chorobami prowadzącymi do uszkodzenia mięśni.
Źródło: serwisnaukowy.uw.edu.pl
